是根据某些细胞因子特定的生物学活性，应用相应的指示系统和标准品来反映待测标本中某种细胞因子的活性水平，一般以活性单位来表示，生物学检测法一般敏感性较高，但实验周期较长，如集落形成法需10~14d；易受细胞培养中某些因素的影响，如血清、pH、药物；易受生物学活性相同或相近的其他细胞因子的影响，如检测IL-2时可受IL-4的干扰，TNF-α和TNF-β（淋巴毒素）表现出极为相似的生物学作用；易受待检样品某些细胞因子抑制物的干扰，如IL-1的活性可被IL-1受体拮抗物（IL-lra）抑制，TNF-α可被TNF-BP阻断；不能区分某些细胞因子的型和亚型，如IFN-α、β和γ，以及IFN-α中不同的亚型显示相同的生物学活性；某些指示细胞因子的敏感性不同，所获结果难于标准化，此外，某些人源的细胞因子如Hil-2对小鼠细胞起作用，但鼠源性的IL-2对人的细胞则无刺激作用，生物学检测法大致可分为增殖可增殖抑制、集落形成、直接杀伤靶细胞、保护靶细胞免受病毒攻击，趋化作用以及抗体形成法等几种。